1、LEDLED 道路照明光源的配光設計與實現羅毅, ,錢可元清華大學集成光電子學國家重點實驗室清華大學深圳研究生院體照明實驗室內容a城市道路照明系統的功能a從道路照明國家標準看配光設計的意義a傳統路燈配光曲線模型a理想路燈的光場分布a二次光學的非成像光學設計a系統散熱及及可靠性設計半導aLEDLED 路燈應用推廣的對策城市道路照明系統的功能a照明一一行人、車輛以辨認道路之便利? ?達到一定的照度a照明以外的功能一一美化、氣氛、安全? ?造型、光色、變幻比照度更重要從道路照明國家標準看配光設計的意義a道路照明國家標準的重點：照明區域的設定1212 最小照度（亮度的要求 3.3.路面照度的均勻度 4

2、.4.眩光及光污染的限制240240400400道路亮度（cd.mcd.m -2-2 照度（lxlx 燈具安裝高度（m m路面寬度路面照明長度（m m 路面照明面積（m m 2 2 平均等級（m m 平均亮度均勻度照度均勻度最低高度最高高度最小長度最大長度最小面積最大面積1.00.35150.3581010325032050C1.00.35150.3581010325032050CE0.50.50.350.358 80.350.356 68 81010242440401003503510035035H無配光系統的照射模型a a 朗伯型光源的照射模型 b b 在路面照度強度分布國家標準考核的路面

3、照明模型理想的照明區域燈桿被照區域 1010 米4040 米與現有光源的配光曲線相去甚遠傳統路燈的配光光效a發光的立體角為 4 4n;a有50%50%的向上的光要靠反光碗反射15%15%損耗; ;如光源為近似朗伯源在 1212 米的燈桿高度的情況下，照在國家規情況下照在國家規定的 10 x4010 x40 米范圍內的光能45%45%。45%45%LEDLED 路燈的優勢- -光學配光方面的優勢a發光立體角?。唤泣c光源便于二次光學系統的設計a近似點光源，便于二次光學系統的設計；a均勻度有望大大提高(0.7(0.7；aLEDLED 為冷光源，便于二次光學器件的制作；0燈具總的光效高；照明效果LE

4、D100LED100 lm/wlm/w 傳統燈具的 100100 lm/wlm/w給定照度分布問題三維設計光學系統定義了一個從光源到照射平面的光學系統 定義了個從光源到照射平面的一個映射，如果映射連續可微在照射區域形成的照度 分布為 L(p:iL(p:i p pY-G G J J 可微，在照射區域形成的照度分布為L(pL(p L L I I i i J J i i =G=G G G G G (/|(|(/|(|p p 在三維空間中該方程在三維空間中，該方程是一個高度非線性的MoMo nge-Amperenge-Ampere 偏微分方程，在各種邊界條件下求通解非常困難。映射 丫示意圖給定照度分布

5、問題a數學角度: :二階偏微分方程揭示了照度問題的數學本質，所有可能的設計都是 該方程的解。學本質所有可能的設計都是該方程的解a物理角度：幾何光學并沒有對光線的能量進行描述，一束光線不能夠代表一定 的能量。因此，當面對和能量有關的問題的時候，必須在幾何光學的基礎上（折射，反 射定律加入能量的概念，的基礎上（折射反射定律加入能量的概念也就是前面的能量 守衡方程聯合逆向求解三維光學表面數據點的計算a利用疊代的方法得到透鏡表面的坐標點和法向矢量曲面各點的坐標曲面各點的法矢三維光學表面的造型a離散的數據點和表面法矢透鏡的表面模型二次光學系統安裝示意圖設計實例一光場分布實際設計部件仿真照度分布圖新型 L

6、EDLED 路燈的特點a光能的高效利用a光源為近似朗伯源，在 1212 米的燈桿高度的情況下10 x4010 x40 米范圍內的光能80%80%。應用的靈活性，照在國家規定的a每個單獨 LEDLED 光源系統出射的光場是相同的；單個光源a可以根據實際路面的照明要求簡單地改變 LEDLED明要求，簡單地改變 LEDLED的數量，而不用改動光的數量而不用改動光學系統。系統散熱及及可靠性設計a路燈功率的估算LEDLED 光效:90lm/W:90lm/Wa光效:90:90 lm/Wlm/Wd高壓鈉燈光效:100-120lm/W:100-120lm/Wa二次光學與燈具系統效率的改進節能左右節能 50%50%左右主干道的路燈功率應在 100-200W100-200W 之間! !100200W100200W系統散熱及及可靠性設計a系統散熱必須考慮整機的低熱阻a產業化則必須考慮成本與制作的簡易性無風扇熱管等復雜被動散熱系統分散型散熱系統無風扇、熱管等復雜及運動部件從壽命及燈具可靠性考慮 30W30W LEDLED ? 30W30W LEDLED 集成模組實際路燈的設計外形照度均勻性高a照度均勻性可達 7080%;7080%;a可以實現基本光場的無縫連接，使馬路真正呈現出一條連續的 光毯 正呈現出條連續的光毯。LEDLED 路燈應用推廣的對